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1、实验二甲基红离解平衡常数的测定一、实验目的1. 学会用分光光度法测定溶液各组分浓度，并由此求出甲基红离解平衡常2. 掌握可见分光光度计的原理和使用方法。二、实验原理1. 分光光度法分光光度法是对物质进行定性分析、结构分析和定量分析的一种手段，而且 还能测定某些化合物的物化参数，例如摩尔质量，配合物的配合比和稳定常数以 及酸碱电力常数等。测定组分浓度的依据是朗伯-比尔定律：一定浓度的稀溶液对于单色光的吸 收遵守下式A为吸光度，I/Io为透光率T, k为摩尔吸光系数（与溶液的性质有关），/为溶液 的厚度，c为溶液浓度。在分光光度分析中，将每一种单色光，分别依次通过某一溶液，测定溶液对 每一种光波的
2、吸光度，以吸光度A对波长入作图，就可以得到该物质的分光光 度曲线，或吸收光谱曲线，如图1所示。由图可以看出，对应于某一波长有一个最大的吸收峰，用这一波长 的入射光通过该溶液就有着 最佳的灵敏度。图1分光光度曲线从（1）式可以看出，对于固定长度吸收槽，在对应最大吸收峰的波长（入）下测 定不同浓度c的吸光度，就可作出线性的Ac线，这就是光度法的定量分析的 基础。以上讨论是对于单组分溶液的情况。对含有两种以上组分的溶液，情况就要复杂一些：。房两种被测定组分的吸收曲线彼此不相重合，这种情况很简单，就等于 分别测定两种单组分溶液。两种被测定组分的吸收曲线相重合，且遵守Lambeit-Beer定律，则可在
3、两 波长“及入2时(如、左是两种组分单独存在时吸收曲线最大吸收峰波长)测定其总 吸光度，然后换算成被测定物质的浓度。根据Beer-Lambeit定律，假定吸收槽的长度一定(一般为1cm),对于单组分A： M对于单组分B： =(2)设月口，人”8分别代表在及兀时混合溶液的总吸光度.则A, =+ A!t =+ K?CB(3)=您+戏=KCA +冲此处Aaxi、Aax2、Abxi、Ab)2分别代表在Xi及此时组分A和B的吸光度。由(3)式可得：4秘即=恐(5) 将(5)式代入(4)式得：a 尺榔艾以-K捉VC = KM 5(6)这些不同的K值均可由纯物质求得。也就是说，在各纯物质的最大吸收峰 的波长
4、从时，测定吸光度A和浓度c的相关，如果在该波长处符合朗伯-比 尔定律，那么Ac为直线，直线的斜率为K值。Ar/广是混合溶液在*、M 时测得的总吸光度，因此根据(5)、(6)式即可计算混合溶液中组分A和组分B的 浓度。甲基红溶液即为中所述情况。其他情况要比更复杂一些，本实验暂不 作讨论。2. 甲基红离解平衡常数及pK的测定甲基红是一种弱酸型的染料指示剂，具有酸(HMR)和碱(MR-)两种形式。 其分子式为：/COOHN=N-N (CH3 %它在溶液中部分电离，在碱性浴液中呈黄色，酸性溶液中呈红色。在酸性溶液中它以两种离子形式存在:co?涟(CH3)2-NQNi&，( ch3 )2-H酸(HMR)
5、-红、o时萨CO?(CH3碱(MR)-黄简单地写成：HMR H十 + MR-甲基红的酸形式甲基红的碱形式在波长520mn处，甲基红酸式HMR对光有最大吸收，碱式吸收较小；在波 长430imi处，甲基红碱式MR-对光有最大吸收，酸式吸收较小。故依据(5)、(6) 式，可得：MR- / HMR = (A 43o*KIR53o- A 520430 )/( A 520-430 - A %3。 KN%)(7)由于HMR和MR两者在可见光谱范围内具有强的吸收峰，溶液离子强度的 变化对它的酸离解平衡常数没有显著影响，而且在简单CHsCOOH-CHsCOONa 缓冲体系中就很容易使颜色在pH=46范围内改变，
6、因此比值MR / HMR可 用分光光度法测定而求得。甲基红的电离常数令-lgK=pK,则右 日1 MRpK = pH - lg -HMR1由(8)式可知，只要测定溶液中MR-/HMR及溶液的pH值(用pH计测得),即可求得甲基红的pK。3. 可见分光光度计的原理及使用方法 分光光度计的结构一般由五部分组成:光源单色器检刿器信号指示系统722N型可见分光光度计光学原理3瞥囱素灯4一进狭缝5反射镜6-准直镜:9聚光镜10样品架一光门12光电池吸收池本实验使用的是722N型可见分光光度计。722N型可见分光光度计采用光栅自准式色散系统和单色光结构光路，布置 如图（图1.18）0图L 18】一聚光镜2
7、波色片7光栅8出狭缝使用此仪器时应注意：按照老师指导的仪器使用方法规范使用；如果仪器发生故障，需报告指导教师，不能自行进行修理；使用分光器前要预热仪器，使电压稳定；比色皿放入样品室前，用镜头纸擦干比色皿外的的溶液，切忌用手触碰比色 皿透光面。三、仪器和试剂1、仪器722 型分光光度计，(HANNA instrument)pH211 Micioprocessor pH meter,容 量瓶1 OOmlll个,烧杯50ml3个，移液管10ml2支，25ml2支,量筒50mll个。2、试剂甲基红(A.R.), 95%酒精,O.lmol.L-1 HAc, O.Olmol.LHCl, O.lmol.LH
8、Cl, 0.01mol.L4NaAc, 0.04mol.L4NaAc。四、实验步骤1. 甲基红储备溶液的配制用研钵将甲基红研细，称取1g甲基红固体溶解于500111195%酒精中。甲基红储备溶液已配好，此步骤略去。2. 甲基红标准溶液的配制由公用滴定管放出5ml甲基红储备液于100ml,用量筒加入50ml 95%酒精 溶液，用蒸储水稀释至刻度，摇匀。储备溶液呈深红色，稀释成标准溶液后颜色变浅。3. A溶液（纯酸式）和B溶液（纯碱式）的配制A溶液：取10.00ml甲基红标准溶液，加10.00 O.lmol.LHCl,再加水稀释 至100ml,此时溶液PH大约为2,故此时溶液的甲基红以HMR形式存
9、在。B溶液：取10.001111甲基红标准溶液，加25.00 0.04 mol.LNaAc,再加水稀 释至100ml,此时溶液PH大约为8,故此时溶液的甲基红以MR-形式存在。A溶液呈红色，B溶液呈黄色。4. 最高吸收峰的测定（1）A溶液的最高吸收峰取两个1cm比色吧，分别装入蒸f留水和A溶液,以蒸僧水少参比，从 420-6001U11波长之间每隔201UH测一次吸光度。在500540之间每隔lOmn测一 次吸光度，以便精确求出最高点之波长。（2）B溶液的最高吸收峰取两个1cm比色吧，分别装入蒸僧水和B溶液，以蒸储水少参比，从 410-530mn波长之间每隔201UH测一次吸光度。在41045
10、0之间每隔lOmn测一 次吸光度，以便精确求出最高点之波长。操作分光光度计时应注意，每次更换波长都应重新在蒸馋水处调整T档为 100%,然后再切换到A档，测定溶液A值。5. 按下表分别配制不同浓度的溶液：不同浓度的以酸式为主的甲基红溶液的配制溶液编号A溶液的体积百分比 含量A溶液/mlO.lmol.LHCl/ml0#100%20.000.001#75%15.005.002#50%10.0010.003#25%5.0015.00不同浓度的以碱式为主的甲基红溶液的配制溶液编号B溶液的体积百分比 含量B溶液/ml0.1 mol.LNaAc / ml0#100%20.000.004#75%15.005
11、.005#50%10.0010.006#25%5.0015.00配制完后分别测得7种溶液在520imi及430nm处的吸光度A。6.配制不同pHT的甲基红溶液 按照下表配制4种溶液溶液编 号标准溶液/mlO.lmol.LHCl/nil0.04 mol.L4NaAc / ml7#10.005.0025.008#10.0010.0025.009#10.0025.0025.0010#10.0050.0025.00配制完后分别测得4种溶液在520imi及430nm处的吸光度Ao5、6步骤中在测量溶液的吸光度时，一个比色皿要使用多次，在更换溶液 时要清洗干净，再换装溶液。五、数据记录1. 纯酸式甲基红H
12、MR （A溶液）和纯碱式甲基红MR （B溶液）最高吸收 峰的测定测得的纯酸式甲基红HMR （A溶液）和纯碱式甲基红MR- （B溶液）在不 同波长时的吸光度如下表：纯酸式甲基红HMR （A溶液）纯碱式甲基红MR- （B溶液）X / nm吸光度A入/nm吸光度A4200.0614100.3984400.1384200.4114600.2964300.4154800.5514400.4125000.8354500.3995100.9474700.3265201.0084900.1925301.0005100.0785400.9635300.0355600.753一一5800.251一一6000.03
13、9一一2 .以酸式为主和以碱式为主的甲基红各溶液吸光度的测定将0#、O#、1#6#溶液在波长520nniv 430nm下分别测定吸光度，以蒸僧 水为参比溶液，数据记录在下表：溶液编号A 总 520A 总 4300#0.9920.0841#0.7660.0612#0.5100.0383#0.2600.0180，#0.0500.4214#0.0260.2955#0.0180.2076#0.0090.1013 .不同MR- /HMR值的甲基红溶液吸光度的测定将7叽虾溶液在波长520nm、430nm下分别测其吸光度，以蒸僧水为参比溶 液，数据记录如下：溶液编号A总A 520A 总 4307#0.583
14、0.2178#0.7240.1649#0.8560.11610#0.9170.1004.甲基红溶液PH的测定用PH计分别测定上述7#10岸溶液的PH,测得的PH如下:溶液编号T8=9=10#PH4.674.333.893.58六、数据处理1. 用五、1中的数据作出A溶液和B溶液的A入图(1)纯酸式甲基红HMR(A溶液)A入图如下，由图中读出其最大吸收波长 为 520imiB(2)纯碱式甲基红MR- (B溶液)A入图如下，由图中读出其最大吸收波长 为 4301U11 BA / nm2.求A溶液和B溶液的摩尔消光系数 (1)各溶液浓度计算A#曲*诙溶液编号0=r2=3=0,=4=5=6#浓度3.713*2.785*1.856*0.928*3.713*2.785*1.856*0.928*mol
